Ingeniería
Mejoras en el aprovechamiento de la energía solar por vía infrarroja
Un nuevo enfoque tecnológico al aprovechamiento de la energía solar por vía infrarroja podría generar electricidad con una mayor eficiencia.
El diseño ideado por un equipo de investigadores podría mejorar la eficiencia mediante el uso de la luz solar para calentar un material especial, cuya radiación infrarroja sería entonces recogida por una célula fotovoltaica. Esta técnica también podría hacer más fácil almacenar la energía para su uso posterior.
En este caso, la adición de un paso más en el proceso de conversión energética mejora el rendimiento, ya que hace posible aprovechar la energía de longitudes de onda de luz que normalmente se desperdician.
El nuevo método lo ha ideado el equipo de Andrej Lenert, Evelyn Wang, Marin Soljacic e Ivan Celanovic, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en la ciudad estadounidense de Cambridge.
Una célula solar convencional a base de silicio no aprovecha todos los fotones. Esto se debe a que la conversión de la energía de un fotón en electricidad requiere que el nivel de energía del fotón concuerde con un valor adecuado en un rasgo del material de la célula fotovoltaica llamado banda prohibida.
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La banda prohibida del silicio responde a muchas longitudes de onda de la luz, pero no a otras. Para hacer frente a esa limitación, el equipo insertó un dispositivo bicapa receptor-emisor hecho de materiales de última generación, incluyendo nanotubos de carbono y cristales fotónicos, entre la luz del sol y la célula fotovoltaica.
Esta capa intermedia recoge la energía del sol en un amplio espectro, lo cual eleva su temperatura. Cuando se calienta, como ocurriría con una pieza de hierro que se pone al rojo vivo, emite luz de una longitud de onda particular, que en este caso está ajustada para que coincida con la banda prohibida de la célula fotovoltaica montada cerca.
Este concepto básico ha sido explorado desde hace varios años, ya que en teoría, los sistemas termofotovoltaicos podrían proporcionar una manera de eludir un límite teórico de la eficiencia de conversión de energía de los dispositivos fotovoltaicos basados en semiconductores. Este límite, conocido como el Límite Shockley-Queisser, impone un tope del 33,7 por ciento en dicha eficiencia, pero los autores del nuevo diseño creen que con sistemas termofotovoltaicos solares lo bastante avanzados, la eficiencia sería significativamente más alta y podría llegar incluso al 80 por ciento.
Ha habido muchos obstáculos prácticos para alcanzar una buena eficiencia en este innovador tipo de sistemas. Los experimentos previos han sido incapaces de producir un dispositivo termofotovoltaico con una eficiencia mayor al 1 por ciento. Pero Lenert y sus colaboradores ya han producido un dispositivo de prueba con una eficiencia inicial de un 3,2 por ciento, y esperan poder alcanzar el 20 por ciento de eficiencia, un valor que podría ser suficiente para fabricar con esta tecnología un producto comercialmente viable.
A partir de aquí, comenzará la carrera hacia ese tan soñado 80 por ciento de eficiencia.
Información adicional
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El diseño ideado por un equipo de investigadores podría mejorar la eficiencia mediante el uso de la luz solar para calentar un material especial, cuya radiación infrarroja sería entonces recogida por una célula fotovoltaica. Esta técnica también podría hacer más fácil almacenar la energía para su uso posterior.
En este caso, la adición de un paso más en el proceso de conversión energética mejora el rendimiento, ya que hace posible aprovechar la energía de longitudes de onda de luz que normalmente se desperdician.
El nuevo método lo ha ideado el equipo de Andrej Lenert, Evelyn Wang, Marin Soljacic e Ivan Celanovic, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en la ciudad estadounidense de Cambridge.
Una célula solar convencional a base de silicio no aprovecha todos los fotones. Esto se debe a que la conversión de la energía de un fotón en electricidad requiere que el nivel de energía del fotón concuerde con un valor adecuado en un rasgo del material de la célula fotovoltaica llamado banda prohibida.
La banda prohibida del silicio responde a muchas longitudes de onda de la luz, pero no a otras. Para hacer frente a esa limitación, el equipo insertó un dispositivo bicapa receptor-emisor hecho de materiales de última generación, incluyendo nanotubos de carbono y cristales fotónicos, entre la luz del sol y la célula fotovoltaica.
Esta capa intermedia recoge la energía del sol en un amplio espectro, lo cual eleva su temperatura. Cuando se calienta, como ocurriría con una pieza de hierro que se pone al rojo vivo, emite luz de una longitud de onda particular, que en este caso está ajustada para que coincida con la banda prohibida de la célula fotovoltaica montada cerca.
Ha habido muchos obstáculos prácticos para alcanzar una buena eficiencia en este innovador tipo de sistemas. Los experimentos previos han sido incapaces de producir un dispositivo termofotovoltaico con una eficiencia mayor al 1 por ciento. Pero Lenert y sus colaboradores ya han producido un dispositivo de prueba con una eficiencia inicial de un 3,2 por ciento, y esperan poder alcanzar el 20 por ciento de eficiencia, un valor que podría ser suficiente para fabricar con esta tecnología un producto comercialmente viable.
A partir de aquí, comenzará la carrera hacia ese tan soñado 80 por ciento de eficiencia.
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